CN107290437A - 利用色谱仪间接测量氟气含量的方法 - Google Patents

Abstract

利用色谱仪间接测量氟气含量的方法。本发明属于铀转化技术领域，涉及铀转化生产中产品气体内残留氟气的测量，具体涉及氟化工序中氟化反应生成炉气中残留氟气的转换测量方法。通过增压取样泵对被检测气体增压；由氮气作为载气将被检测气体带入冷冻机进行降温；取定量被检测气体经过六通阀后通过定量管取1ml进入化学反应流程F₂→Cl₂，此定量气体依次经过聚三氟氯乙烯反应器、KCl反应器、NaF反应器，将F^‑置换为Cl^‑并去除杂质后进入色谱仪进行Cl₂含量的定量分析；利用色谱仪测量Cl₂含量：通过标定模板，将此Cl₂含量对应成F₂含量，色谱仪检测完毕的废气排入NaOH吸收池中进行吸收。本发明解决了没有用于测量F₂色谱柱的难题，满足氟化生产的要求。

Description

利用色谱仪间接测量氟气含量的方法

技术领域

本发明属于铀转化技术领域，涉及铀转化生产中产品气体内残留氟气的测量，具体涉及氟化工序中氟化反应生成炉气中残留氟气的转换测量方法。

背景技术

在铀转化生产的氟化工序中，UF₆产品炉气中残留F₂含量是一个很重要的检测内容。但国内现有技术只是测量空气中F₂的微量含量，采用电化学的工作原理，将F₂作为有毒气体进行报警使用，无法使用在铀转化生产的氟化工序中炉气F₂含量的检测。国际上有采用在线紫外光谱分析方法进行F₂含量检测的仪表，这种仪表可以满足氟化生产的主要技术指标和使用要求。但在线紫外光谱分析仪表现出UF₆对F₂的测量有较大的干扰，需要克服。

色谱法是一种测量气体含量的方法，应用在很多气体含量的检测中。但现在国内还没有针对F₂测量的色谱柱，不能应用色谱法直接对F₂进行测量。综合国内现有技术水平和能力，可采用将F₂转换成CL₂，再使用色谱法测量CL₂含量从而间接得到F₂含量。

发明内容

本发明立足国内现有技术能力，解决了没有用于测量F₂色谱柱的难题，提供了一种可以通过将F₂转换成Cl₂从而间接检测炉气中F₂含量的方法，满足氟化生产的要求。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种利用色谱仪间接测量氟气含量的方法，步骤一、通过增压取样泵对被检测气体增压，使被检测气体可进入色谱仪中；步骤二、由氮气作为载气将被检测气体带入冷冻机进行降温，待UF₆气体冷凝后，将被检测气体中除大部分UF₆气体外的其余气体送至下一流程；步骤三、取定量被检测气体，这些气体经过六通阀后通过定量管取1ml进入化学反应流程F₂→Cl₂，此定量气体依次经过聚三氟氯乙烯反应器、KCl反应器、NaF反应器，将F^-置换为Cl^-并去除杂质后进入色谱仪进行Cl₂含量的定量分析，反应如下：2KCl+F₂＝2KF+Cl₂；聚三氟氯乙烯反应器用于使气体连续，KCl反应器用于将定量气体中的F₂转换为Cl₂的反应柱，由此柱排出的气体中含有N₂、Cl₂、HF，NaF反应器用于吸收样品中的HF；步骤四、利用色谱仪测量Cl₂含量：通过标定模板，将此Cl₂含量对应成F₂含量，色谱仪检测完毕的废气排入NaOH吸收池中进行吸收。

冷冻机的冷凝罐设定温度为-15℃，用以冷凝UF₆气体。

在进料工艺管道上采用电伴热带进行保温以防止UF₆气体冷凝成固体堵塞管道。

本发明所取得的有益效果为：

本发明涉及铀转化生产中氟化工序中氟化反应生成炉气中残留氟气的转换测量方法，采用将氟气转换为氯气的间接测量方式，通过色谱仪对炉气中的氟气进行测量。在铀转化生产的氟化工序中，主要是将UF₄与F₂反应，生成UF₆产品为气体状态，称为炉气。为保证UF₄与F₂充分反应，应加入过量的F₂。但如果过多的加入F₂不仅浪费物料而且使后序对残留F₂的处理难度加大，不利于环保。通过检测炉气中F₂含量，可较好地控制F₂的加入量，即能降低成本又利于环保。

(1)选取测量Cl₂含量对应成F₂含量的间接测量方式，避免了关键设备F₂色谱柱国内没有现成产品，而国外对我国又禁运的难题；(2)选用了聚三氟氯乙烯反应器、KCl反应器和NaF反应器三级过滤、转化被测气体的方式，使得被测气体得到净化；(3)选取的反应器填料易购买，价格便宜。通过对样机的验证考核，其基本误差≤5％(F·S)，满足生产使用要求，其后一直应用在现场生产线上，运行稳定可靠。

附图说明

图1为氟化炉炉气中F₂含量检测方法流程示意图；

图2为实施例中标样F₂含量测定谱图；

管道标识：a—进料工艺管道；b—氮气；c—回料工艺管道；d—真空；

设备标识：1—增压取样泵；2—冷冻机；3—六通阀；4—聚三氟氯乙烯反应器；5—KCl反应器；6—NaF反应器；7—色谱仪；8—NaOH吸收池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

由于F₂有较强的腐蚀性，对检测仪器的材质要求非常高，现国内还没有较好的检测方法，决定通过将***产品中的F-用与其摩尔量相近的Cl-置换出来，再通过测量Cl₂含量来推算出原项中的F₂含量的方法来间接检测产品中的F₂含量。最终的检测是采用色谱法。为实现检测要求，F₂含量在线分析仪由两部分装置组成：1)前处理装置，将检测介质增压、去除UF₆、将F-用Cl-置换出来。2)色谱仪装置，通过对Cl-的检测，标定样板，确定相应的F₂含量。

步骤一、增压：

由于工艺进样***来的检测气体的压力非常低(微正压0～60kpa，温度～200℃)，无法直接进入色谱仪7中，所以首先需要增压。增压取样泵1可将检测介质由微正压状态最高提升到0.3MPa。

步骤二、冷凝：

由氮气b作为载气将被检测气体带入冷冻机2进行降温，冷冻机2的冷凝罐设定温度为-15℃，用以冷凝UF₆气体。因为UF₆的气体在60℃时即可冷凝，所以在进料工艺管道a上采用了电伴热带进行保温以防止UF₆气体冷凝成固体堵塞管道。待UF₆气体基本冷凝后，将被检测气体中除大部分UF₆气体外的其余气体送至下一流程。

步骤三、取定量被检测气体：

这些混合气体经过六通阀3后通过定量管取1ml的气体进入化学反应流程(F₂→Cl₂)。此定量气体依次经过聚三氟氯乙烯反应器4、KCl反应器5、NaF反应器6，将F^-置换为Cl^-并去除杂质后进入色谱仪7进行Cl₂含量的定量分析。主要反应如下：

2KCl+F₂＝2KF+Cl₂

其中，聚三氟氯乙烯反应器4的作用是消除柱头死空间，使气体连续。KCl反应器5的作用是将定量气体中的F₂转换为Cl₂的反应柱，由此柱排出的气体中含有N₂、Cl₂、HF。NaF反应器6主要的作用是吸收样品中的HF，使最终检测的气体较纯，检测结果的误差尽量小。

步骤四、利用色谱仪7测量Cl₂含量：

通过标定模板，将此Cl₂含量对应成F₂含量。色谱仪7检测完毕的废气排入NaOH吸收池8中进行吸收。

实施例：利用气相色谱分析***的氟含量

气相色谱分析***的氟含量分析条件

1)分析条件

a.载气：高纯氦；

b.冷凝罐：-15℃；

c.增压泵驱动气氮气：管道氮气，0.2MPa；

d.F₂标准气：15％F₂、20％F₂；

e.UF₆、F₂混合标准气：(1)UF₆＝42.2％，F₂＝9.59％；(2)UF₆＝39.9％，F₂＝9.8％；

f.1级转化柱：100℃，2级转化柱：140℃，3级转化柱：160℃；

g.色谱仪极限值：柱箱温度极限150℃，注样器温度极限100℃，检测器温度极限200℃；

h.柱温：80℃，检测器温度：130℃，TCD热丝温度：160℃。

2)UF₆、F₂混合标准气的配制

将配样罐升温到75℃，将标样***抽真空，P_本＝2.3kPa，充入2S瓶中UF₆，P_UF6＝52.94kPa。再充入工艺管道F₂，P_F2＝64.45kPa。充管道氮气至P_总＝120kPa。理论UF₆＝42.2％,F₂＝9.59％。以此混合气做标准曲线。配制P_本＝2.1kPa，P_UF6＝37.21kPa，P_F2＝47.83kPa，P_总＝88kpa混合气。理论UF₆＝39.9％，F₂＝9.8％。测得F₂＝9.06％，见附图2。

Claims (3)

1.一种利用色谱仪间接测量氟气含量的方法，其特征在于：步骤一、通过增压取样泵(1)对被检测气体增压，使被检测气体可进入色谱仪(7)中；步骤二、由氮气(b)作为载气将被检测气体带入冷冻机(2)进行降温，待UF₆气体冷凝后，将被检测气体中除大部分UF₆气体外的其余气体送至下一流程；步骤三、取定量被检测气体，这些气体经过六通阀(3)后通过定量管取1ml进入化学反应流程F₂→Cl₂，此定量气体依次经过聚三氟氯乙烯反应器(4)、KCl反应器(5)、NaF反应器(6)，将F_-置换为Cl-并去除杂质后进入色谱仪(7)进行Cl₂含量的定量分析，反应如下：2KCl+F₂＝2KF+Cl₂；聚三氟氯乙烯反应器(4)用于使气体连续，KCl反应器(5)用于将定量气体中的F₂转换为Cl₂的反应柱，由此柱排出的气体中含有N₂、Cl₂、HF，NaF反应器(6)用于吸收样品中的HF；步骤四、利用色谱仪(7)测量Cl₂含量：通过标定模板，将此Cl₂含量对应成F₂含量，色谱仪(7)检测完毕的废气排入NaOH吸收池(8)中进行吸收。

2.根据权利要求1所述的利用色谱仪间接测量氟气含量的方法，其特征在于：冷冻机(2)的冷凝罐设定温度为-15℃，用以冷凝UF₆气体。

3.根据权利要求1所述的利用色谱仪间接测量氟气含量的方法，其特征在于：在进料工艺管道(a)上采用电伴热带进行保温以防止UF₆气体冷凝成固体堵塞管道。